чивается непрерывный процесс дистилляции. Температура воды, поступающей в испарители, равна 75—80°С. Требуемый расход теплоты составляет 45 кВт-ч на 1 м* дистиллята, а расход электроэнергии 7 кЕт-ч/м^. Применение солнечных батарей позволит существенно снизить стоимость получаемой воды.

Солнечные холодильные и водоподъемные установки. Принцип работы холодильных установок описан в гл. 3.

Холод можно получать в солнечных абсорбционных холодильных установках периодического действия. Для установок этого типа характерно совмещение в одном аппарате двух элементов системы. Так, генератор и абсорбер совмещаются с коллектором солнечной энергии, а испаритель — с конденсатором, однако эти функции они выполняют в разное время суток. В дневное время коллектор солнечной энергии служит генератором, а ночью—абсорбером. Под действием поглощенной солнечной энергии днем из крепкого раствора аммиака в воде, находящегося в коллекторе, выделяется аммиачный пар, который затем превращается в жидкость в конденсаторе. Жидкий аммиак накапливается в специальной емкости с водяной рубашкой. В ночное время происходит охлаждение коллектора при открытой крышке и давление в системе падает. Аммиак в емкости испаряется, отбирая теплоту у воды в кожухе конденсатора-испарителя, а пар поступает в абсорбер-коллектор, где он поглощается слабым раствором, образуя крепкий водоам-миачный раствор. При этом вода в кожухе охлаждается до температуры —5°С и превращается в лед. На следующий день цикл повторяется.

Принцип работы другой холодильной установки, пе: риодического действия, обеспечивающей температуру 4°С в камере для хранения вакцины, основан на процессах адсорбции-десорбции в системе цеолит—вода (рис 65). Днем в солнечном коллекторе (КСЭ), содержащем насыщенный водой цеолит, в результате повышения температуры давление в КСЭ становится выше давления паров, соответствующего температуре в конденсаторе. Часть воды Из цеолита десорбируется, и пары конденсируются в конденсаторе. Под действием силы тяжести вода стекает в испаритель, помещенный в теплоизолированный ящик с крышкой. -

В ночное время температура в КСЭ постепенно сни-

жается и давление в нем становится ниже давления паров при температуре в испарителе Та. При этом находящаяся в нем вода испаряется и образующиеся водяные пары поступают в КСЭ и там адсорбируются цеолитом. Процесс идет с поглощением теплоты, и при этом возникает охлаждающий эффект в испарителе и даже может образовываться лед. Вентиль обеспечивает переключение контуров циркуляции днем и ночью. Охлаждаемые медикаменты помещают в ящик.

Рис. 65. Солнечная холодильная камера для хранения вакцины:

I — солнечный коллектор; 2 — конденсатор; 3 — испаритель; 4 — теплоизоли.

сатор: 3 — испаритель; 4 — теплоизоли. роваииая камера; 5 —крышка; 5 —ампулы с вакциной; 7 — вентиль

В солнечных водоподъемных установках для привода насоса используются солнечные, батареи или тепловые двигатели, работающие по термодинамическому циклу с низкокипящей рабочей жидкостью. Мощность привода зависит от производительности и напора насоса, определяемого глубиной скважины, обычно достаточно 3—15 кВт.

15. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОМАССЫ

При фотосинтезе в зеленых растениях используется солнечная энергия. Механизм фотосинтеза можно представить в виде следующей реакции: хлорофилл-ЬпСОг-!--f пНгО-Нсвет-^хлорофилл -1-ПСН2О + ПО2, где СН2О— часть молекулы углевода, содержащей один атом углерода. Простейший углевод глюкоза имеет формулу 6(СН20), т.е. содержит шесть атомов углерода. Диоксид углерода и вода поглощают только ультрафиолетовое излучение и длинное инфракрасное излучение, а хлорофилл растений поглощает весь видимый свет (с дли-

о

ной ВОЛНЫ короче 6800 А), при этом он активируется и передает свою энергию воде, которая выделяет атом водорода ДЛЯ реакции с СО2. За этим процессом следуют другие химические реакции, в основном контролируемые энзимами и дающие жиры, белки и углеводы. Эффективность фотосинтеза в естественных условиях чрезвычай-

но низкая — около 1 %, однако ежегодный прирост биомассы по своему энергосодержанию в 10 раз превышает годовое потребление энергии в мире и в 200 раз—энергосодержание пиши, потребляемой человечеством.

Основными источниками биомассы являются леса и сельское хозяйство. За год леса дают 7,5-10° т биомассы, а отходы сельскохозяйственного производства — 4,2-Ю^т биомассы. В лабораторных условиях эффективность фотосинтеза достигает 35 %.

Использование фотосинтеза для вырашивания быст-.рорастуших растений — сахарного тростника, кенафа, подсолнечника, сорго, маниоки, сине-зеленых водорослей, переработка биомассы с помощью солнечной энергии, биофотолиз воды для производства водорода, биоконверсия органических материалов в метан, пиролиз и химическое восстановление органических материалов с полу-аднием твердых, жидких и газообразных топлив — вот те технологии, которые разрабатываются для получения экологически чистого топлива с помощью солнечной энергии.

Производительность солнечной установки для выращивания водорослей зависит от интенсивности и спектрального состава света, тепловых и гидродинамических параметров процесса, конструкции фотосинтезирующего аппарата, концентрации углекислоты, количества и состава питательной среды, вида водорослей и т. п. Важным источником биомассы являются отходы сельского хозяйства, переработки древесины, городские пищевые отходы.

Преобразование биомассы в топливо включает биологические методы — аэробное брожение, анаэробную ферментацию, гидролиз с помощью кислот и энзимов, микробиологические и биофизические процессы, термохимические методы—пиролиз, восстановление, гидрога-аификацию и прямое сжигание.

Из отходов можно производить синтетическую нефть и газ, биогаз и спирты, которые заменят нефтепродукты и природный газ, в том числе в двигателях внутреннего сгорания.

В Бразилии производят этиловый спирт из растительного сырья — сахарного тростника и маниоки, имеющих урожайность соответственно 50—60 и 15—40 т с 1 га. Выход этилового спирта составляет 70 л из 1 т сахарного

тростника и 170 л из 1 т маниоки. Этиловый спирт заменяет бензин в 50 % автопарка страны.

Большие перспективы у солнечно-водородной энергетики. Водород удобен для транспорта энергии на большие расстояния по трубопроводам. Он является важнейшим химическим сырьем и энергоносителем, его можно применять в качестве экологически чистого (при его сжигании образуется вода) топлива для двигателей внутреннего сгорания и технологических процессов для производства электроэнергии в топливных элементах. Водород можно аккумулировать посредством гидридов металлов или в жидком виде. Производство водорода путем электролиза воды с использованием электроэнергии, получаемой на СЭС, является весьма эффективным и сравнительно дешевым процессом. Перспективен метод получения водорода путем биофотолиза воды с использованием фотосинтеза зеленых растений или сине-зеленых водорослей. Разрабатываются способы получения водорода с непрямыми химическими циклами, приводящими к разложению воды и получению водорода при невысоких температурах.

Г лава пятая

РАСЧЕТ RПРОЕКТИРОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ УСТАНОВОК

i6. РАСПОЛАГАЕМОЕ КОЛИЧЕСТВО СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА

Расчет солнечных установок включает определение располагаемого количества солнечной энергии, тепло-производительности солнечного коллектора и установки в целом, тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения, энергетических и геометрических характеристик гелиосистемы, в том числе площади поверхности коллектора, объе.ма аккумулятора теплоты, годовой доли солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки и годовой экономии топлива.

Определение располагаемого количества солнечной энергии. Количество солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность Земли, сильно зависит от широты местности (см. рис. 1 и табл. 1). Отношение сред-

немесячных приходов солнечной радиации в июне и декабре с увеличением широты возрастает, и на широте 50° с. ш. оно приблизительно равно 13. Еще в большей мере различается поступление солнечной энергии в самый хороший и самый плохой дни года, при этом отношение ^макс и Емт может достигать 50. Эти данные свидетельствуют о большом изменении в течение года количества поступающей солнечной энергии, а следовательно, и о подобном изменении теплопроизводительности гелиосистемы.

Рис. 66. Схема кажущегося движения Солада по небосводу

Для расчета располагаемого количества солнечной энергии, поступающего на наклонную лучепоглощающую поверхность, необходимо знать углы падения солнечных лучей на наклонную и горизонтальную поверхности в данном месте. Положение некоторой точки А на земной поверхности относительно солнечных лучей в данный момент времени определяется тремя основными углами— широтой местоположения точки qp, часовым углом (О и склонением Солнца б (рис. 66). Широта ф — это угол между линией, соединяющей точку Л с центром Земли О, и ее проекцией на плоскость экватора. Часовой угол О) — это угол, измеренный в экваториальной плоскости между проекцией линии ОЛ и проекцией линии, соединяющей центры Земли и Солнца. Угол (о=0 в солнечный полдень, а 1 ч соответствует 15°. Склонение Солн-

ца б — это угол между линией, соединяющей центры Земли и Солнца, и ее проекцией на плоскость экватора. Склонение Солнца б в течение года непрерывно изменяется — от —23°27 в. день зимнего солнцестояния 22 декабря до +23°27 в день летнего солнцестояния 22 июня и равно нулю в дни весеннего и осеннего равноденствия (21 марта и 23 сентября).

Склонение Солнца в данный день определяется по формуле

284 + п \ 365 }

где п — порядковый номер дня, отсчитанный от 1 января. В качестве п обычно берется номер среднего расчетного дня месяца для I—XII месяцев года.

Ниже приводятся данные для п я 8 для среднего дня I—XII месяцев:

6 = 23,45 sin 360

п . . . .

6, град.

17 47 75 105 135 162 198 228 258 288 318 344 —20,9 —13 —2,4 9,4 18,8 23,1 21,2 13,5. 2,2 —9,6 —18,9 —23

Наряду С тремя основными углами ф, со и б в расчетах солнечной радиации используют также зенитный угол Z, угол высоты а и азимут а Солнца (рис. 67).

Зенитный угол Солнца z — это угол между солнечным лучом и нормалью к горизонтальной плоскости в точ-

Траектория Солнца

Горизонт

Рис. 67. Углы, определяющие положение точки А на земной поверх-ности относительно солнечных лучей